Vykdant daugybę fizinių ir cheminių reakcijų, medžiaga pereina į kietą agregacijos būseną. Šiuo atveju molekulės ir atomai yra linkę išsidėstyti tokia erdvine tvarka, kurioje medžiagos dalelių sąveikos jėgos būtų maksimaliai subalansuotos. Taip pasiekiamas kietos medžiagos stiprumas. Atomai, užimdami tam tikrą padėtį, atlieka nedidelius svyruojančius judesius, kurių amplitudė priklauso nuo temperatūros, tačiau jų padėtis erdvėje išlieka fiksuota. Traukos ir atstūmimo jėgos balansuoja viena kitą tam tikru atstumu.
Šiuolaikinės idėjos apie materijos sandarą
Šiuolaikinis mokslas teigia, kad atomą sudaro įkrautas branduolys, turintis teigiamą krūvį, ir elektronai, turintys neigiamus krūvius. Kelių tūkstančių trilijonų apsisukimų per sekundę greičiu elektronai sukasi savo orbitose ir aplink branduolį sukuria elektronų debesį. Teigiamas branduolio krūvis yra skaitiniu požiūriu lygus neigiamam elektronų krūviui. Taigi medžiagos atomas išlieka elektriškai neutralus. Galima sąveika su kitais atomais atsiranda, kai elektronai atsiskiria nuo pirminio atomo ir taip sutrikdo elektros pusiausvyrą. Vienu atveju atomai yra išsidėstę tam tikra tvarka, kuri vadinama kristaline gardele. Kitu atveju dėl sudėtingos branduolių ir elektronų sąveikos jie susijungia į įvairaus tipo ir sudėtingumo molekules.
Kristalinės gardelės apibrėžimas
Apibendrinant, įvairių tipų kristalinės medžiagų gardelės yra skirtingos erdvinės orientacijos tinklai, kurių mazguose išsidėstę jonai, molekulės ar atomai. Ši stabili geometrinė erdvinė padėtis vadinama medžiagos kristaline gardele. Atstumas tarp vienos kristalinės ląstelės mazgų vadinamas tapatumo periodu. Erdviniai kampai, kuriuose yra ląstelių mazgai, vadinami parametrais. Pagal ryšių konstravimo metodą kristalinės gardelės gali būti paprastos, orientuotos į pagrindą, į veidą ir į kūną. Jei medžiagos dalelės yra tik gretasienio kampuose, tokia gardelė vadinama paprasta. Tokios grotelės pavyzdys parodytas žemiau:
Jei, be mazgų, medžiagos dalelės yra erdvinių įstrižainių viduryje, tai toks dalelių išsidėstymas medžiagoje vadinamas į kūną orientuota kristaline gardele. Šis tipas aiškiai parodytas paveikslėlyje.
Jei be mazgų, esančių gardelės viršūnėse, toje vietoje, kur susikerta įsivaizduojamos gretasienio įstrižainės, yra mazgas, tada jūs turite į veidą nukreiptą gardelės tipą.
Kristalinių gardelių rūšys
Skirtingos mikrodalelės, sudarančios medžiagą, lemia skirtingus kristalų gardelių tipus. Jie gali nustatyti jungčių tarp mikrodalelių kūrimo kristalo viduje principą. Fizinės kristalų gardelių rūšys yra joninės, atominės ir molekulinės. Tai taip pat apima įvairių tipų metalines kristalines groteles. Chemija tiria elementų vidinės sandaros principus. Kristalinių gardelių tipai išsamiau pateikiami žemiau.
Joninės kristalinės gardelės
Tokio tipo kristalinės gardelės yra junginiuose su joniniu ryšiu. Šiuo atveju gardelės vietose yra priešingų elektros krūvių jonų. Dėl elektromagnetinio lauko tarpjoninės sąveikos jėgos yra gana stiprios, ir tai lemia fizikines medžiagos savybes. Bendros charakteristikos yra atsparumas ugniai, tankis, kietumas ir gebėjimas pravesti elektros srovę. Joninių tipų kristalinės gardelės randamos tokiose medžiagose kaip valgomoji druska, kalio nitratas ir kt.
Atominės kristalinės gardelės
Šio tipo medžiagos struktūra būdinga elementams, kurių struktūrą lemia kovalentiniai cheminiai ryšiai. Tokio tipo kristalinių gardelių mazguose yra atskiri atomai, sujungti vienas su kitu stipriais kovalentiniais ryšiais. Šio tipo ryšys atsiranda, kai du identiški atomai „dalijasi“ elektronais, taip sudarydami bendrą elektronų porą kaimyniniams atomams. Šios sąveikos dėka kovalentiniai ryšiai tam tikra tvarka suriša atomus tolygiai ir stipriai. Cheminiai elementai, kuriuose yra atominių kristalų gardelių, yra kieti, turi aukštą lydymosi temperatūrą, yra prastai laidūs elektrai ir yra chemiškai neaktyvūs. Klasikiniai panašios vidinės struktūros elementų pavyzdžiai yra deimantas, silicis, germanis ir boras.
Molekulinės kristalinės gardelės
Medžiagos, turinčios molekulinį kristalų gardelės tipą, yra stabilių, sąveikaujančių, glaudžiai supakuotų molekulių, esančių kristalinės gardelės mazguose, sistema. Tokiuose junginiuose molekulės išlaiko savo erdvinę padėtį dujinėje, skystoje ir kietoje fazėse. Kristalo mazguose molekules kartu laiko silpnos van der Waals jėgos, kurios dešimtis kartų silpnesnės už joninės sąveikos jėgas.
Kristalą sudarančios molekulės gali būti polinės arba nepolinės. Dėl spontaniško elektronų judėjimo ir branduolių virpesių molekulėse elektrinė pusiausvyra gali pasislinkti – taip atsiranda momentinis elektrinis dipolio momentas. Tinkamai orientuoti dipoliai sukuria grotelėje patrauklias jėgas. Anglies dioksidas ir parafinas yra tipiški elementų su molekuline kristaline gardele pavyzdžiai.
Metalinės kristalinės grotelės
Metalo jungtis yra lankstesnė ir lankstesnė nei joninė jungtis, nors gali atrodyti, kad abu yra pagrįsti tuo pačiu principu. Metalų kristalinių gardelių tipai paaiškina jų tipines savybes – tokias kaip mechaninis stiprumas, šilumos ir elektros laidumas bei lydymasis.
Išskirtinis metalo kristalinės gardelės bruožas yra teigiamai įkrautų metalo jonų (katijonų) buvimas šios gardelės vietose. Tarp mazgų yra elektronų, kurie tiesiogiai dalyvauja kuriant elektrinį lauką aplink gardelę. Elektronų skaičius, judantis šioje kristalinėje gardelėje, vadinamas elektronų dujomis.
Jei nėra elektrinio lauko, laisvieji elektronai atlieka chaotišką judėjimą, atsitiktinai sąveikaudami su gardelės jonais. Kiekviena tokia sąveika keičia neigiamo krūvio dalelės impulsą ir judėjimo kryptį. Savo elektriniu lauku elektronai pritraukia prie savęs katijonus, subalansuodami jų tarpusavio atstūmimą. Nors elektronai laikomi laisvaisiais, jų energijos neužtenka, kad iškristų iš kristalinės gardelės, todėl šios įkrautos dalelės nuolat yra jos ribose.
Elektrinio lauko buvimas suteikia elektronų dujoms papildomos energijos. Ryšys su jonais metalų kristalinėje gardelėje nėra stiprus, todėl elektronai lengvai palieka jos ribas. Elektronai juda jėgos linijomis, palikdami teigiamo krūvio jonus.
Išvados
Chemija didelę reikšmę teikia vidinės materijos sandaros tyrimams. Įvairių elementų kristalinių gardelių tipai lemia beveik visą jų savybių spektrą. Darant įtaką kristalams ir keičiant jų vidinę struktūrą, galima sustiprinti norimas medžiagos savybes ir pašalinti nepageidaujamas bei transformuoti cheminius elementus. Taigi, supančio pasaulio vidinės sandaros tyrimas gali padėti suprasti visatos sandaros esmę ir principus.
Medžiagų molekulinė ir nemolekulinė struktūra. Materijos struktūra
Chemiškai sąveikauja ne atskiri atomai ar molekulės, o medžiagos. Medžiagos klasifikuojamos pagal jungties tipą molekulinės Ir nemolekulinė struktūra. Medžiagos, sudarytos iš molekulių, vadinamos molekulinės medžiagos. Tokiose medžiagose esantys ryšiai tarp molekulių yra labai silpni, daug silpnesni nei tarp molekulės viduje esančių atomų ir net esant santykinai žemai temperatūrai jie nutrūksta – medžiaga virsta skysčiu, o po to dujomis (jodo sublimacija). Medžiagų, susidedančių iš molekulių, lydymosi ir virimo temperatūra didėja didėjant molekulinei masei. KAM molekulinės medžiagos apima medžiagas, turinčias atominę struktūrą (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), tarp jų yra metalų ir nemetalų. Į medžiagas nemolekulinė struktūra apima joninius junginius. Tokią struktūrą turi dauguma metalų junginių su nemetalais: visos druskos (NaCl, K 2 SO 4), kai kurie hidridai (LiH) ir oksidai (CaO, MgO, FeO), bazės (NaOH, KOH). Joninės (ne molekulinės) medžiagos turi aukštą lydymosi ir virimo temperatūrą.
Kietosios medžiagos: amorfinės ir kristalinės
Kietosios dalelės skirstomos į kristalinės ir amorfinės.
Amorfinės medžiagos jie neturi aiškios lydymosi temperatūros – kaitinant palaipsniui minkštėja ir virsta skysta būsena. Pavyzdžiui, plastilinas ir įvairios dervos yra amorfinės būsenos.
Kristalinės medžiagos pasižymi teisingu dalelių, iš kurių jie susideda: atomų, molekulių ir jonų, išsidėstymu griežtai apibrėžtuose erdvės taškuose. Sujungus šiuos taškus tiesiomis linijomis, susidaro erdvinis karkasas, vadinamas kristaline gardele. Taškai, kuriuose yra kristalų dalelės, vadinami gardelės mazgais. Priklausomai nuo dalelių, esančių kristalinės gardelės mazguose, tipo ir ryšio tarp jų pobūdžio, išskiriamos keturios kristalų gardelių rūšys: joninės, atominės, molekulinės ir metalinės.
Kristalinės gardelės vadinamos joninėmis, kurio mazguose yra jonų. Jas sudaro joniniais ryšiais turinčios medžiagos, galinčios surišti ir paprastus jonus Na+, Cl -, ir kompleksinius SO 4 2-, OH -. Vadinasi, druskos ir kai kurie metalų oksidai bei hidroksidai turi jonines kristalines gardeles. Pavyzdžiui, natrio chlorido kristalas yra pastatytas iš kintamų teigiamų Na + ir neigiamų Cl - jonų, sudarydamas kubo formos gardelę. Ryšiai tarp jonų tokiame kristale yra labai stabilūs. Todėl medžiagos, turinčios joninę gardelę, pasižymi gana dideliu kietumu ir stiprumu, yra ugniai atsparios ir nelakios.
Kristalinė gardelė - a) ir amorfinė gardelė - b).
Kristalinė gardelė - a) ir amorfinė gardelė - b). Atominės kristalinės gardelės
Atominis vadinamos kristalinėmis gardelėmis, kurių mazguose yra atskiri atomai. Tokiose gardelėse atomai yra sujungti vienas su kitu labai stiprūs kovalentiniai ryšiai. Medžiagų su tokio tipo kristalinėmis gardelėmis pavyzdys yra deimantas, viena iš alotropinių anglies modifikacijų. Daugumos medžiagų, turinčių atominę kristalinę gardelę, lydymosi temperatūra yra labai aukšta (pavyzdžiui, deimantų ji yra didesnė nei 3500 °C), jos yra stiprios ir kietos, praktiškai netirpios.
Molekulinės kristalinės gardelės
Molekulinė vadinamos kristalinėmis gardelėmis, kurių mazguose išsidėsčiusios molekulės. Cheminiai ryšiai šiose molekulėse gali būti ir poliniai (HCl, H 2 O), ir nepoliniai (N 2, O 2). Nepaisant to, kad molekulių viduje esantys atomai yra sujungti labai stipriais kovalentiniais ryšiais, tarp pačių molekulių veikia silpnos tarpmolekulinės traukos jėgos. Todėl medžiagos su molekulinėmis kristalinėmis gardelėmis turi mažą kietumą, žemą lydymosi temperatūrą ir yra lakios. Dauguma kietųjų organinių junginių turi molekulines kristalines gardeles (naftaleną, gliukozę, cukrų).
Molekulinė kristalinė gardelė (anglies dioksidas) Metalinės kristalinės grotelės
Medžiagos su metalo jungtis turi metalines kristalines groteles. Tokių gardelių mazguose yra atomai ir jonai(arba atomai, arba jonai, į kuriuos metalo atomai lengvai virsta, atiduodami savo išorinius elektronus „bendram naudojimui“). Ši vidinė metalų struktūra lemia jiems būdingas fizines savybes: plastiškumą, plastiškumą, elektros ir šilumos laidumą, būdingą metalinį blizgesį.
Apgaulės lapeliai
Chemiškai sąveikauja ne atskiri atomai ar molekulės, o medžiagos. Medžiagos klasifikuojamos pagal jungties tipą molekulinės ir nemolekulinės pastatai.
Tai medžiagos, sudarytos iš molekulių. Tokiose medžiagose esantys ryšiai tarp molekulių yra labai silpni, daug silpnesni nei tarp molekulės viduje esančių atomų, ir net esant santykinai žemai temperatūrai jie nutrūksta – medžiaga virsta skysčiu, o po to – dujomis (jodo sublimacija). Medžiagų, susidedančių iš molekulių, lydymosi ir virimo temperatūra didėja didėjant molekulinei masei. Molekulinėms medžiagoms priskiriamos atominės struktūros medžiagos (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), tarp jų yra metalų ir nemetalų.
Nemolekulinė medžiagų struktūra
Į medžiagas nemolekulinės struktūros apima joninius junginius. Dauguma metalų junginių su nemetalais turi tokią struktūrą: visos druskos (NaCl, K 2 S0 4), kai kurie hidridai (LiH) ir oksidai (CaO, MgO, FeO), bazės (NaOH, KOH). Joninės (ne molekulinės) medžiagos turi aukštą lydymosi ir virimo temperatūrą.
Kietosios medžiagos: kristalinės ir amorfinės
Amorfinės medžiagos jie neturi aiškios lydymosi temperatūros – kaitinant palaipsniui minkštėja ir virsta skysta būsena. Pavyzdžiui, plastilinas ir įvairios dervos yra amorfinės būsenos.
Kristalinės medžiagos pasižymi teisingu dalelių, iš kurių jie susideda: atomų, molekulių ir jonų, išsidėstymu griežtai apibrėžtuose erdvės taškuose. Sujungus šiuos taškus tiesiomis linijomis, susidaro erdvinis rėmas, vadinamas kristalinė gardelė. Taškai, kuriuose yra kristalų dalelės, vadinami gardelės mazgai.
Priklausomai nuo dalelių, esančių kristalinės gardelės mazguose, tipo ir ryšio tarp jų pobūdžio, išskiriami keturi kristalų gardelių tipai: joninės, atominės, molekulinės ir metalinės .
Joninės kristalinės gardelės
Joninės vadinamos kristalinėmis gardelėmis, kurių mazguose yra jonų. Jas sudaro medžiagos su joniniais ryšiais, kurios gali jungti tiek paprastus Na +, Cl - jonus, tiek kompleksinius S0 4 2-, OH -. Vadinasi, druskos ir kai kurie metalų oksidai bei hidroksidai turi jonines kristalines gardeles. Pavyzdžiui, natrio chlorido kristalas yra pastatytas iš kintamų teigiamų Na + ir neigiamų Cl - jonų, sudarydamas kubo formos gardelę.
Stalo druskos joninė kristalinė gardelė
Ryšiai tarp jonų tokiame kristale yra labai stabilūs. Todėl medžiagos, turinčios joninę gardelę, pasižymi gana dideliu kietumu ir stiprumu, yra ugniai atsparios ir nelakios.
Atominės kristalinės gardelės
Atominis vadinamos kristalinėmis gardelėmis, kurių mazguose yra atskiri atomai. Tokiose gardelėse atomai yra sujungti vienas su kitu labai stipriais kovalentiniais ryšiais. Medžiagų su tokio tipo kristalinėmis gardelėmis pavyzdys yra deimantas, viena iš alotropinių anglies modifikacijų.
Deimantų atominė kristalinė gardelė
Daugumos medžiagų, turinčių atominę kristalinę gardelę, lydymosi temperatūra yra labai aukšta (pavyzdžiui, deimantų ji yra didesnė nei 3500 °C), jos yra stiprios ir kietos, praktiškai netirpios.
Molekulinės kristalinės gardelės
Molekulinė vadinamos kristalinėmis gardelėmis, kurių mazguose išsidėsčiusios molekulės.
Jodo molekulinė kristalinė gardelė
Cheminiai ryšiai šiose molekulėse gali būti ir poliniai (HCl, H 2 O), ir nepoliniai (N 2, O 2). Nepaisant to, kad molekulių viduje esantys atomai yra sujungti labai stipriais kovalentiniais ryšiais, tarp pačių molekulių veikia silpnos tarpmolekulinės traukos jėgos. Todėl medžiagos su molekulinėmis kristalinėmis gardelėmis turi mažą kietumą, žemą lydymosi temperatūrą ir yra lakios. Dauguma kietųjų organinių junginių turi molekulines kristalines gardeles (naftaleną, gliukozę, cukrų).
Metalinės kristalinės grotelės
Medžiagos su metalinėmis jungtimis turi metalo kristalinės grotelės.
Tokių gardelių vietose yra atomai ir jonai (arba atomai, arba jonai, į kuriuos lengvai virsta metalo atomai, atiduodami savo išorinius elektronus „bendram naudojimui“). Ši vidinė metalų struktūra lemia jiems būdingas fizines savybes: plastiškumą, plastiškumą, elektros ir šilumos laidumą, būdingą metalinį blizgesį.
Daugumai medžiagų, priklausomai nuo sąlygų, būdinga galimybė būti vienoje iš trijų agregacijos būsenų: kietos, skystos arba dujinės.
Pavyzdžiui, vanduo normaliu slėgiu 0-100 o C temperatūros intervale yra skystis, aukštesnėje nei 100 o C temperatūroje jis gali egzistuoti tik dujinėje būsenoje, o žemesnėje nei 0 o C temperatūroje – kietas.
Medžiagos kietoje būsenoje skirstomos į amorfines ir kristalines.
Būdingas amorfinių medžiagų bruožas yra aiškios lydymosi temperatūros nebuvimas: jų sklandumas palaipsniui didėja didėjant temperatūrai. Amorfinėms medžiagoms priskiriami junginiai, tokie kaip vaškas, parafinas, dauguma plastikų, stiklas ir kt.
Tačiau kristalinės medžiagos turi specifinę lydymosi temperatūrą, t.y. kristalinės struktūros medžiaga iš kietos būsenos į skystą pereina ne palaipsniui, o staiga, pasiekusi tam tikrą temperatūrą. Kristalinių medžiagų pavyzdžiai yra valgomoji druska, cukrus ir ledas.
Amorfinių ir kristalinių kietųjų medžiagų fizikinių savybių skirtumą pirmiausia lemia tokių medžiagų struktūriniai ypatumai. Koks skirtumas tarp amorfinės ir kristalinės būsenos medžiagos, lengviausia suprasti iš šios iliustracijos:
Kaip matote, amorfinėje medžiagoje, skirtingai nei kristalinėje, dalelių išdėstymo tvarka nėra. Jei kristalinėje medžiagoje psichiškai sujungiate du arti vienas kito esančius atomus tiesia linija, galite pastebėti, kad tos pačios dalelės gulės šioje linijoje griežtai nustatytais intervalais:
Taigi kristalinių medžiagų atveju galime kalbėti apie tokią sąvoką kaip kristalinė gardelė.
Kristalinė gardelė vadinama erdvine sistema, jungiančia erdvės taškus, kuriuose yra kristalą sudarančios dalelės.
Erdvės taškai, kuriuose yra kristalą sudarančios dalelės, vadinami kristalinės gardelės mazgai .
Priklausomai nuo to, kurios dalelės yra kristalinės gardelės mazguose, jos išskiriamos: molekulinė, atominė, joninė Ir metalinės kristalinės grotelės .
Mazguose molekulinė kristalinė gardelė
Ledo kristalinė gardelė kaip molekulinės gardelės pavyzdysYra molekulių, kuriose atomai yra sujungti stipriais kovalentiniais ryšiais, tačiau pačios molekulės yra laikomos šalia viena kitos silpnų tarpmolekulinių jėgų. Dėl tokios silpnos tarpmolekulinės sąveikos kristalai su molekuline gardele yra trapūs. Tokios medžiagos skiriasi nuo kitokios struktūros medžiagų žymiai žemesnėmis lydymosi ir virimo temperatūromis, nelaidžios elektros srovės, gali ištirpti arba netirpti įvairiuose tirpikliuose. Tokių junginių tirpalai, priklausomai nuo junginio klasės, gali leisti arba neleisti elektros srovės. Junginiai su molekuline kristaline gardele apima daug paprastų medžiagų – nemetalų (sukietėjęs H 2, O 2, Cl 2, ortorombinė siera S 8, baltasis fosforas P 4), taip pat daug sudėtingų medžiagų – nemetalų vandenilio junginiai, rūgštys, nemetalų oksidai, dauguma organinių medžiagų. Pažymėtina, kad jei medžiaga yra dujinės ar skystos būsenos, apie molekulinę kristalinę gardelę kalbėti nedera: teisingiau vartoti terminą molekulinis struktūros tipas.
Deimantinė kristalinė gardelė kaip atominės gardelės pavyzdysMazguose atominė kristalinė gardelė
yra atomai. Be to, visi tokios kristalinės gardelės mazgai stipriais kovalentiniais ryšiais yra „susieti“ į vieną kristalą. Tiesą sakant, toks kristalas yra viena milžiniška molekulė. Dėl savo struktūrinių savybių visos medžiagos, turinčios atominę kristalinę gardelę, yra kietos, turi aukštą lydymosi temperatūrą, yra chemiškai neaktyvios, netirpsta nei vandenyje, nei organiniuose tirpikliuose, jų lydalai nelaidžia elektros srovės. Reikėtų prisiminti, kad medžiagos, turinčios atominę struktūrą, apima borą B, anglis C (deimantas ir grafitas), silicis Si iš paprastų medžiagų ir silicio dioksidas SiO 2 (kvarcas), silicio karbidas SiC, boro nitridas BN iš sudėtingų medžiagų.
Medžiagoms su joninė kristalinė gardelė
gardelės vietose yra jonų, sujungtų vienas su kitu joniniais ryšiais.
Kadangi joninės jungtys yra gana stiprios, medžiagos, turinčios joninę gardelę, turi gana didelį kietumą ir atsparumą ugniai. Dažniausiai jie tirpsta vandenyje, o jų tirpalai, kaip ir tirpalai, praleidžia elektros srovę.
Medžiagos, turinčios joninę kristalinę gardelę, apima metalo ir amonio druskas (NH 4 +), bazes ir metalų oksidus. Tikras medžiagos joninės struktūros požymis yra tai, kad jos sudėtyje yra tiek tipiško metalo, tiek nemetalo atomų.
Natrio chlorido kristalinė gardelė kaip joninės gardelės pavyzdys
stebimas laisvųjų metalų kristaluose, pavyzdžiui, natrio Na, geležies Fe, magnio Mg ir kt. Metalinės kristalinės gardelės atveju jos mazguose yra katijonai ir metalo atomai, tarp kurių juda elektronai. Tokiu atveju judantys elektronai periodiškai prisijungia prie katijonų, taip neutralizuodami jų krūvį, o atskiri neutralūs metalo atomai mainais „išleidžia“ dalį savo elektronų, savo ruožtu virsdami katijonais. Tiesą sakant, „laisvieji“ elektronai priklauso ne atskiriems atomams, o visam kristalui.
Tokios konstrukcijos ypatybės lemia tai, kad metalai gerai praleidžia šilumą ir elektros srovę ir dažnai turi didelį lankstumą (kalumą).
Metalų lydymosi temperatūrų plitimas yra labai didelis. Pavyzdžiui, gyvsidabrio lydymosi temperatūra yra maždaug minus 39 ° C (skystas normaliomis sąlygomis), o volframo - 3422 ° C. Reikėtų pažymėti, kad normaliomis sąlygomis visi metalai, išskyrus gyvsidabrį, yra kietieji.
Dauguma kietųjų medžiagų turi kristalinis struktūra, kuriai būdinga griežtai apibrėžtas dalelių išsidėstymas. Jei sujungsite daleles įprastomis linijomis, gausite erdvinį pagrindą, vadinamą kristalinė gardelė. Taškai, kuriuose yra kristalų dalelės, vadinami gardelės mazgais. Įsivaizduojamos gardelės mazguose gali būti atomų, jonų arba molekulių.
Priklausomai nuo mazguose esančių dalelių pobūdžio ir ryšio tarp jų pobūdžio, išskiriamos keturios kristalų gardelių rūšys: joninės, metalinės, atominės ir molekulinės.
Joninės vadinamos gardelėmis, kurių mazguose yra jonų.
Jas sudaro medžiagos su joniniais ryšiais. Tokios gardelės mazguose yra teigiami ir neigiami jonai, sujungti vienas su kitu elektrostatinės sąveikos būdu.
Joninės kristalinės gardelės turi druskų, šarmų, aktyvūs metalų oksidai. Jonai gali būti paprasti arba sudėtingi. Pavyzdžiui, natrio chlorido gardelės vietose yra paprastųjų natrio jonų Na ir chloro Cl − , o kalio sulfato paprastųjų kalio jonų K ir kompleksinių sulfato jonų S O 4 2 − pakaitomis.
Ryšiai tarp jonų tokiuose kristaluose yra stiprūs. Todėl joninės medžiagos yra kietos, ugniai atsparios, nelakios. Tokios medžiagos yra geros ištirpinti vandenyje.
Natrio chlorido kristalinė gardelė
Natrio chlorido kristalas
Metalas vadinamos gardelėmis, kurias sudaro teigiami jonai ir metalo atomai bei laisvieji elektronai.
Jas sudaro medžiagos su metaliniais ryšiais. Metalinės gardelės mazguose yra atomai ir jonai (arba atomai, arba jonai, į kuriuos atomai lengvai virsta, atiduodami savo išorinius elektronus bendram naudojimui).
Tokios kristalinės gardelės būdingos paprastoms metalų ir lydinių medžiagoms.
Metalų lydymosi temperatūra gali būti skirtinga (nuo \(–37\) °C gyvsidabriui iki dviejų iki trijų tūkstančių laipsnių). Tačiau visi metalai turi savybę metalinis blizgesys, plastiškumas, lankstumas, gerai praleidžia elektrą ir šiluma.
Metalinės kristalinės grotelės
Aparatūra
Atominės gardelės vadinamos kristalinėmis gardelėmis, kurių mazguose yra atskiri atomai, sujungti kovalentiniais ryšiais.
Deimantas turi tokio tipo gardelę – vieną iš alotropinių anglies modifikacijų. Medžiagos, turinčios atominę kristalinę gardelę, apima grafitas, silicis, boras ir germanis, taip pat sudėtingų medžiagų, pavyzdžiui, karborundo SiC ir silicio dioksidas, kvarcas, kalnų krištolas, smėlis, kurių sudėtyje yra silicio oksido (\(IV\)) Si O 2.
Tokios medžiagos yra charakterizuojamos didelio stiprumo ir kietumas. Taigi deimantas yra kiečiausia natūrali medžiaga. Medžiagos, turinčios atominę kristalinę gardelę, turi labai aukštos lydymosi temperatūros ir verdant. Pavyzdžiui, silicio dioksido lydymosi temperatūra yra \(1728\) °C, o grafito aukštesnė - \(4000\) °C. Atominiai kristalai praktiškai netirpūs.
Deimantinė kristalinė gardelė
Deimantas
Molekulinė vadinamos gardelėmis, kurių mazguose yra molekulės, sujungtos silpnomis tarpmolekulinėmis sąveikomis.
Nepaisant to, kad molekulių viduje esantys atomai yra sujungti labai stipriais kovalentiniais ryšiais, tarp pačių molekulių veikia silpnos tarpmolekulinės traukos jėgos. Todėl molekuliniai kristalai turi mažas stiprumas ir kietumas, žemos lydymosi temperatūros ir verdant. Daugelis molekulinių medžiagų yra skysčiai ir dujos kambario temperatūroje. Tokios medžiagos yra lakios. Pavyzdžiui, kristalinis jodas ir kietas anglies monoksidas (\(IV\)) ("sausasis ledas") išgaruoja nepavirtę į skystą būseną. Kai kurios molekulinės medžiagos turi kvapas .
Šio tipo gardelėse yra paprastų medžiagų, kurios yra kietos agregacijos būsenos: tauriųjų dujų su monoatominėmis molekulėmis (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn ), taip pat nemetalai su dviejų ir poliatominės molekulės (H 2, O 2, N 2, Cl 2, I 2, O 3, P 4, S 8).
Jie turi molekulinę kristalinę gardelę taip pat medžiagos su kovalentiniais poliniais ryšiais: vanduo – ledas, kietas amoniakas, rūgštys, nemetalų oksidai. Dauguma organiniai junginiai taip pat yra molekuliniai kristalai (naftalenas, cukrus, gliukozė).